书城自然科学地球运动的科学现象
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第15章 地壳的内部结构

我国湖北有一个大冶铁矿,早在清代末期就已经开采,当时曾组建汉治萍公司以采掘此间铁矿为钢厂的原料。日本军国主义者侵占我国大片领土期间,也曾在这里做过大规模掠夺性开采。解放后,人民政府迅速恢复矿山,但是,地下到底有多少铁矿石?即将兴建的武汉钢铁公司的基地选在这里是否合适?因为,铁矿的蕴藏量将直接关系到国家的经济建设。

在这里,现已基本查明,铁山矿区从地表到地下埋藏着很大的矿体。龙洞矿区虽然蕴藏量不及铁山,但数量仍然可观,现仍继续勘探,希望扩大的可能性是存在的。问题是,铁山与龙洞间,隔着尖林山,只是一座石灰岩山,从地表看什么矿也没有。但是从整个矿区的地质构造看,铁山--尖林山--龙洞极可能是相连一起的断裂带,尖林山底下,有可能埋藏着较深的矿体。如果这一推测得到证实,那么这个又长又宽的铁矿带作为武汉钢铁公司的“原料仓库”就毫无问题了。

几十年来,我国的地质工作者和日寇侵占时期的日本地质工作者,都没有揭开尖林山有无矿石这个谜。现在,地质工作者们正在集中力量攻克“尖林山之谜”。谜的关键是,在尖林山与龙洞间,尖林山与铁山间是否有可能存在着两个不可思议的断层,将尖林山的铁矿深埋于山下。最后通过考察和各种资料分析,地质工作者认为:连接铁山、尖林山、龙洞的断层带肯定存在。因为,这个断层带两侧的地层对比不正常,断层带上的石灰岩因火成岩的侵入造成大理岩变质带十分清楚,并陆续出现某些矿化现象,估计这三处相连,尖林山之下极有可能隐伏矿体存在。至于尖林山两侧,从小构造取得的资料分析,横穿断层带的两个规模较小的断层也存在。这样,尖林山的原矿体就被陷落到较深的地下了。

经过深钻,终于在离地表300多米深处找到隐伏矿体。

这个事实,说明了研究地壳构造,不仅仅限于大地构造(如板块构造、大陆漂移之类),而更重要的应该研究地壳的小构造(诸如规模并不很大的断层以及褶皱等),因为后者与找矿的关系实在太密切了。如果研究大构造是找矿的战略措施,那么,研究小构造便是战术措施了。

还有一个类似的例子,浙江某铅锌矿,在一条巷道里开采的一条铅锌矿脉突然没有了,几十个矿工面对着岩壁束手无策,矿长急得像热锅上的蚂蚁。在此无可奈何之际,由于当地缺乏有经验的地质技术人员,他们只得跑到杭州求助于浙江地质局,邀请专家去实地考察。当那位地质工程师走进巷道,就在撑忆面上东看看,西摸摸,在那矿脉突然失踪的岩壁上发现好几条同一方向的断层擦痕,他喜出望外,用手仔细地抚摸这些擦痕。因为当地壳发生运动,导致岩层间相互摩擦时,就会出现擦痕,擦痕的方向还同时留存下岩层相对运移的方向,特别是那些具有台阶状的断层擦痕,运移的方向性最为清楚。当他顺着台阶状的擦痕抚摸再三以后,心里对矿脉的去向已经有些底了,就说:“这是断层戏弄我们一场,矿脉确实是中断了。”矿长听后顿时感到十分失望,忙问:“断到哪里去了?向下吗?”。“不!往上!向山顶方向走了。”矿长的脸上马上变了颜色,叹了一声气说:“完了!”因为这条矿脉的位置已经接近山顶,矿脉被断层错开的另一端还要往山顶,实际上早已被风化侵蚀掉了。

在这失望的时候,矿长仍很沉着,而且很客气地招待了这位来自杭州的地质工程师,很有气度地说:“如果不请专家来看个究竟,我们光凭一股‘热情’瞎掘是解决不了问题的。今天,经过观看,我们对这条矿脉也死了心,就可以制定另外的方案,再找其他矿脉了。”

这两个实例,虽说都是遇到断层问题。一个是仍然有希望找到更大的新矿体;一个则连原来的老矿脉也不翼而飞,无需再费神去挖掘。可见,一旦把书本知识付诸实践,就会产生很大的经济效益。

如果有兴趣再进一步深入研讨一下断层问题,不难发现断层的“两面性”--既有利的一面,又有弊的一面。比如说,当我们进行规模巨大的工程建设时,例如建造大型水坝、工厂、铁路或其他建筑物,总希望地基牢固,即使发生地震时,也不致发生坍陷。所以,在选择大型建筑时,地质工程师总希望避开断层带,特别是要避开可能尚有活动性的断层。假如确实难以避开,也必须事先进行地基加固之类的措施,使之增加承受压力。

相反,寻找地下水、开发地下水时,则希望能找到断层,有时还希望遇到较大的断层。因为在这些断层带上,容易找到“泉眼”,甚至会出现“自流井”水--由于地下的压力可使泉水自动喷到地面。

在南京雨花台旁边,有一个村庄叫花神庙,是南京传统的种植花木的基地,并列入“金陵新四十景”之一,景名定为“花神竞艳”,有副楹联曰:

老圃谱新篇,家家多姿多采;

花神逢盛世,时时有色有香。

自流井解放后,随着花神庙花木栽培品种与面积逐步扩大,还要种植大量蔬菜,面临着一个新问题,原有的池塘、小河的蓄水不够供应。由于水荒,生产与生活都受到严重影响。当地农民说:“水,就是我们的生命,就是金钱!”为了寻找供水,他们先后在附近的山麓、河边打了好几个钻井,水量很小,根本达不到他们计划的需要,这种努力落空了。村庄上的人,特别是几位领导人十分着急。后来,他们求助于南京大学地质系的一位找水专家肖教授,肖教授解人所难,带了两名助手,亲自到花神庙去考察,先看了几年来打过的几口宣告失败的钻井,研究了这些钻井无水或少水的原因,认为主要原因是没有找到出水的断层带。肖教授决定,先要在这块丘岗地上找出断层带。可是,这里满山是黄土、野草,平坦的地方都是菜地,没有一点儿岩石露头,许多本来很易见到的地质现象都被掩盖了,寻找断层又谈何容易呢!

肖教授凭着几十年来在野外找水的经验,提出先打“外围战”方案,于是带领找水小组到村庄外一些小山上调查研究。从无数岩石裂缝的测量统计表明,当地肯定存在一条断层,而且确定了它的延伸方向正好从村庄后面的小土山上通过。肖教授想到这里兴奋起来,对同行的人说:“有希望了,钻井的位置就定在这个小山上!”

当时,人们对肖教授的建议半信半疑,信的是到底人家是教授,总有几分本事,疑的是为何把钻孔的位置放在山上?水往低处流,这是人所共知的常识,应该在山下布钻才对啊!花神庙村的领导也把握不住如何决断,只好抱着试试看的想法,暂时采纳肖教授的意见,轰轰隆隆地在小山上开钻了。一星期过去了,钻孔里还是干干的,人们又像“事后诸葛亮”议论开了。有的说:“没有希望,迟停钻不如早停钻,再钻下去,不就是把钱往长江里丢吗?”肖教授却不慌不忙地拿过刚钻出来的岩心样品观察,认为含水层还没有钻到,非但不能停钻,钻杆还应继续往下打。又过了5天,从钻孔中终于喷出清泉,源源不断地顺坡而下,流向缺水的田地里。村民奔走相告,拍手欢呼声震荡着这座古老的村庄,肖教授的名声也随着花神庙的鲜花而香飘四方。“科学技术是第一生产力”这条真理,在花神庙山上因找到源源不断的泉水而得到证实。

利用断层找矿和找水的生动例子还有很多,几乎每一个地质工作者都能说出好几件亲身经历的事。现在让我们再看看另一种地质构造--褶皱与找矿的关系。

所谓褶皱,就是当地壳发生运动时,特别是水平的挤压力推动时,可使平整的地层发生褶曲,称为褶皱。形象的比喻,就像平整的台布,当用手在桌面上推动时,台布就出现褶皱。自然界的地层则是由不同时代、不同岩石组成的,所以一旦地层发生褶皱,如果从剖面上看,就能见到重复出现的相同地层。如果这些地层中央带着含矿的层位,那么这个矿层就会重复出现,褶皱的起伏多,矿层出现的机会也多。可见,在研究地层构造时,如何判断褶皱的存在,判断褶皱的起伏次数等问题都是至关重要的。特别是遇到含矿层,褶皱对矿产储量的估算十分重要。如果一个真正的褶皱构造被误判为不存在,矿产储量起码损失二分之一。反之,不是褶皱构造而误判为褶皱构造,就会造成谎报储量,对矿山的设计将会产生严重的后果。1958年“大跃进”里盛行浮夸风,有些地质工作者为了迎合“领导意图”,把实事求是的科学态度置诸脑后,经常造成啼笑皆非的故事。例如当时江西某地质队的一个小分队在变质岩系中寻找“鞍山式”铁矿时,为了“报功”,将一座根本没有褶皱构造的地层(其中有一含铁层)硬说成有褶皱构造,于是把铁矿的储量人为地增加一倍以上,当时有些正直的地质队员反对这样做,根据野外地质资料据理力争,认为褶皱构造不存在。于是,双方各执己见,不肯相让,最后只好由支部书记拍板定案,书记受到浮夸思潮的影响,很自然地往上报喜说发现特大型铁矿。鞭炮、锣鼓与大红喜报把静寂的山林闹得发热,同时,他们批判反对者,搞了一个小范围的“拔白旗运动”,把坚持真理的几个科技工作者搞得灰溜溜的。直到后来,要对这个矿山进行开发设计时,汇集了一批富有经验的地质工程师对原调查报告进行复审,才发现褶皱原属子虚乌有。科学的鉴定为正确设计奠定了基础,避免了一笔巨额资金的浪费,为国家挽回了经济损失。那几位坚持真理的科技工作者恢复了公正的待遇。

这个故事告诉我们的教训就是,科技工作者必须具有实事求是的工作态度。